geïntegreerde modelomgeving waterbeheer...4.2 visualisatie, presentatie van parameters en...
TRANSCRIPT
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer TRIWACO 4.0
Diverse opdrachtgevers
November 2014
Rapport
A company of Royal HaskoningDHV
Documenttitel Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer
TRIWACO 4.0
Verkorte documenttitel Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer
Status Rapport
Datum November 2014
Projectnaam TRIWACO 4.0
Auteur(s) J. Velstra, T. Kleinendorst, A. Niemeijer,
WJ. Zaadnoordijk en B. van der Wal,
W. Swierstra
Opdrachtgever Diverse opdrachtgevers
Referentie Softwarepakket Triwaco
Voor meer informatie
internet: www.triwaco.nl e-mail: [email protected] of neem direct contact op met Wouter Swierstra (043-356 62 17) product coördinator
Triwaco
Horsterweg 18A
Postbus 302
6199 ZN Maastricht Airport
+31 (0)88 348 78 48 Telefoon
+31 (0)88 348 78 99 Fax
www.royalhaskoningdhv.com Internet
Amersfoort 56515154 KvK
HASKONINGDHV NEDERLAND B.V.
RIVERS, DELTAS & COASTS
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer - i - Softwarepakket Triwaco
Rapport November 2014
INHOUDSOPGAVE
Blz.
1 INLEIDING 1
2 ONZE VISIE OP HET MODELINSTRUMENTARIUM 4
3 HET MODELINSTRUMENTARIUM 6 3.1 Inleiding 6 3.2 Datastructuur en datastromen 8 3.2.1 Dataomgeving 8 3.2.2 Modelomgeving 9 3.3 Dataomgeving 10 3.3.1 Algemeen 10 3.3.2 Technische achtergrond dataomgeving 11 3.4 Modelomgeving 13 3.4.1 Algemeen 13 3.4.2 Technische achtergrond 13 3.4.3 Databank modelgegevens (Catalog) en preprocessing 13 3.4.4 Opzetten van een model en simulatierun 14 3.4.5 Validatie, controle en reproduceerbaarheid resultaten 17 3.4.6 Scenariomanagement 18 3.4.7 Koppelen van modellen 18 3.4.8 Effectmodellen 20
4 VISUALISATIE, GIS EN PRE- EN POSTPROCESSING 22 4.1 Postprocessing 22 4.2 Visualisatie, presentatie van parameters en resultaten 22
5 MODELLEN 25 5.1 Oppervlaktewater 25 5.2 Onverzadigde zone 25 5.3 Neerslag-afvoer, ondiep grondwater 26 5.4 Diep grondwater 26 5.5 Zout 27
6 KOPPELEN VAN MODELLEN 28
7 CALIBRATIE, GEVOELIGHEIDSANALYSE EN BETROUWBAARHEID 30 7.1 TRCALCON 30 7.2 MONTECARLO 31 7.3 PEST 31 7.4 Representermethode 31
8 EFFECTMODELLEN 32 8.1 Kwaliteitsmodellen 32 8.1.1 Oppervlaktewater 32 8.1.2 Ondiep grondwater 32
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer - ii - Softwarepakket Triwaco
Rapport November 2014
8.1.3 Diep grondwater 33 8.2 Landbouwschade 33 8.3 Ecologie 33 8.4 WaterNOOD 33
9 ONDERSTEUNING 34 9.1 Handleiding 34 9.2 Help-desk 34 9.3 Training 34
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 1 - November 2014
1 INLEIDING
In dit document geven wij onze visie op een modelinstrumentarium dat nodig is om op
verantwoorde wijze, binnen afzienbare termijn en tegen aanvaardbare kosten antwoord
kan geven op een grote verscheidenheid aan waterbeheer gerelateerde vragen zoals
het voorspellen van de effecten van een peilbesluit op grondwaterstanden, ecologie,
stoftransport, zoutbelasting, nutriëntentransport en landbouwschade.
Onze visie heeft geleid tot de ontwikkeling van een modelinstrumentarium dat bestaat
uit twee onderdelen die nauw met elkaar zijn verbonden: de dataomgeving en de
modelomgeving.
De dataomgeving bevat alle informatie nodig voor het opzetten van modellen. Binnen de
dataomgeving worden de verschillende bronnen van data gedefinieerd. Deze informatie
wordt opgeslagen in de databank die zelf geen fysieke data hoeft te bevatten. De
metadatabank bevat overigens ook links naar de resultaten van eerdere modellen. Dit is
handig voor het opzetten van nieuwe (deel)modellen (randvoorwaarden) en om een
overzicht te houden waar modellen en bijbehorende resultaten beschikbaar zijn binnen
het beheersgebied.
De dataomgeving maakt gebruik van OpenGIS, tegenwoordig OpenSpatial, waardoor
vrijwel elk bestandsformaat gebruikt kan worden voor het definiëren van parameters
zonder dat conversie ervan nodig is. Het betreft:
Rasterkaarten (ruim 64 typen o.a. Idrisi, ESRI grids, Erdas, …).
Vectorkaarten (ruim 16 typen o.a. ESRI-shape, MapInfo, AutoCAD, …).
Databanken als Oracle, MySQL en Access.
Overige bestandsformaten als Excel, txt en csv.
Uitvoeren van bewerkingen middels Expressies en Spatial Queries.
De modelomgeving is ontworpen om moeiteloos en gestructureerd modellen op te
zetten, te koppelen, te kalibreren, scenario- en effectberekeningen uit te voeren. Dit
alles in een omgeving waarbij op ieder moment de basisdata, invoergegevens en
modelresultaten gevisualiseerd en bewerkt kunnen worden.
De modelparameters worden in de modelomgeving samengesteld uit de informatie uit
de databanken. Vervolgens kunnen de rekenprogramma’s aangestuurd worden vanuit
de modelleeromgeving. De modelparameters worden daartoe omgezet naar
modelinvoer voor verschillende rekenprogramma’s. De modelleeromgeving is zodanig
gebouwd dat allerlei verschillende rekenprogramma’s kunnen worden aangestuurd.
Het betreft rekenprogramma’s voor:
Neerslag & afvoer (SOBEK-RR).
Oppervlaktewater (SOBEK-CF).
Onverzadigde zone (FLUZO, SWAP, metaSWAP).
Grondwater (FLAIRS, MODFLOW-2000).
Gekoppelde modellen.
Invoer en uitvoer van de rekenprogramma’s is altijd op basis van de standaard in- en
uitvoer bestanden van het betreffende programma. Dit garandeert dat modellen
gemaakt binnen het modelinstrumentarium in te lezen zijn in andere
modelinstrumentaria.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 2 - November 2014
Dus een SOBEK model gemaakt binnen het modelinstrumentarium kan zonder enige
aanpassing geopend worden in de traditionele omgeving van SOBEK. Hetzelfde geldt
voor een MODFLOW model dat direct in omgevingen als GMS, Visual Modflow kan
worden ingelezen. Voor de omgekeerde richting, dus het inlezen van modellen gemaakt
in andere modelomgevingen worden importmodules ontwikkeld. Zo ontwikkelen we
momenteel een importmodule voor MicroFEM modellen.
Dit heeft voor waterbeheerders als voordeel dat modellenwerk kan worden uitbesteed
aan meerdere adviesbureaus. Voor adviesbureaus heeft het als voordeel dat de
modellen geleverd door de waterbeheerder kunnen worden toegepast in de voor hen
gebruikte modelomgeving. Uiteraard kunnen zowel waterbeheerders als adviesbureaus
beschikken over het modelinstrumentarium.
En verder middels koppeling of nabewerking voor onder andere:
Opstellen van water- en stofbalansen op een flexibele tijdschaal voor
grondwater, oppervlaktewater, onverzadigde zone en neerslag/afvoer en het
poldersysteem of een combinatie hiervan.
Geïntegreerd behandelen van de zoutbelasting, het oppervlaktewater
(waterlopen, kunstwerken, gemalen, inlaten en beregening), bodemopbouw,
drainage, infiltratie, afspoeling, vegetatie, onverzadigde zone, ondiep
grondwater en neerslag-afvoer karakteristieken in landelijk en stedelijk gebied.
Nutriënten (transport, processen voor stikstof en fosfor en effect van lozingen of
bemesting) met SPREAD, WANDA, ANIMO, …
Landbouwschade (verdampingsreductie, draagkracht en bedrijfsvoering).
Ecologie (effectvoorspelling vegetatietypen en natuurdoeltypen).
Nabewerking om invoer te genereren voor WaterNOOD (bijvoorbeeld GxG
kaarten).
…
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 3 - November 2014
Leeswijzer
Onze visie op het benodigde modelinstrumentarium zetten wij uiteen in het hierna
volgende hoofdstuk 2. We hebben ruime ervaring met het toepassen van hydrologische
modellen voor watergebiedsplannen, peilbesluiten, GGOR methodiek en EKRW. In
hoofdstuk 3 zetten we uiteen hoe het vernieuwde modelinstrumentarium werkt. Een
belangrijk deel van het modelleerwerk bestaat uit het opstellen van een
modelschematisatie, voor- en nabewerkingen en visualisatie. Dit komt aan bod in
hoofdstuk 4. Hoofdstuk 5 gaat over de modellen die worden aangestuurd vanuit de
werkomgeving, hoofdstuk 6 gaat in op het koppelen van modellen. Hoofdstuk 7
beschrijft kort de calibratiemodules. In hoofdstuk 8 wordt ten slotte een selectie van
effectmodellen beschreven. Hoofdstuk 9 behandeld de ondersteuning.
Preview van de nieuwe modelomgeving. In één oogopslag overzicht over de voortgang van het modelproject, welke
modellen zijn opgezet binnen het project en wat de onderlinge afhankelijkheden zijn.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 4 - November 2014
2 ONZE VISIE OP HET MODELINSTRUMENTARIUM
Onze visie is ontwikkeld op basis van ervaringen over een periode van ruim 25 jaar
ontwikkeling en toepassing van modellen. Het is belangrijk om te realiseren dat een
model nooit wordt gebouwd alleen maar om een model te bouwen. Het maken van een
model is een belangrijke stap in een proces waarbij vanuit een vraagstelling een advies
gegeven moet worden.
Om efficiënt tot een kwalitatief goed model te komen dient de hydroloog niet alleen te
beschikken over kennis en ervaring, maar ook over een modelinstrument dat efficiënt
databeheer combineert met uitontwikkelde en geteste modelgereedschappen.
Voor het maken van een hydrologisch model is een grote hoeveelheid aan
invoergegevens nodig. Alle databestanden die aan modelinvoer ten grondslag liggen
dienen in een heldere, transparante wijze opgeslagen te worden. Tevens dient de relatie
tussen deze databestanden en modelinvoer eenduidig omschreven te zijn. Alleen met
een heldere en open datastructuur kunnen efficiënte, flexibele modellen gebouwd
worden met reproduceerbare resultaten.
Gebruik van GIS kaarten voor het opzetten van een model
Met de introductie van Arc/Info zijn we al in begin jaren 80 begonnen om
modelschematisaties op basis van GIS-kaarten (vectorkaarten) te definiëren. Dit
concept maakt het mogelijk om op basis van dezelfde basisgegevens verschillende
modellen te maken. Het geeft de vrijheid om ongelimiteerd te kunnen inzoomen en
uitzoomen zonder informatie te verliezen en bevordert de reproduceerbaarheid en
uitwisselbaarheid tussen verschillende modellen.
Het modelinstrumentarium maakt optimaal gebruik van GIS maar is niet afhankelijk van
één GIS pakket
Door de snelle ontwikkelingen op GIS gebied is niet alleen de GIS software zelf, maar
ook het formaat van de databestanden aan verandering onderhevig. Bovendien is de
Application Programming Interface (API) van de GIS programmatuur van bijvoorbeeld
markleider ESRI in afgelopen 25 jaar regelmatig gewijzigd (Arc SML, Avenue, VBA). Om
niet afhankelijk te zijn van veranderende software van derden ten aanzien van de
aansturing van het modelinstrumentarium hebben wij in de jaren 90 besloten de
aansturing van modellen niet langer vanuit een commercieel GIS pakket te realiseren.
Het moet eenvoudig zijn om op basis van dezelfde gegevens verschillende modellen en
op verschillend detailniveau te maken
Om het bovenstaande concept verder vorm te geven en reproduceerbaarheid te
garanderen zijn de zogenaamde datasets geïntroduceerd en is de modelinvoer
losgekoppeld van het rekennetwerk. De modelschematisatie met bijbehorende
parameters wordt met GIS kaarten gedefinieerd in de eerste dataset. Het rekennetwerk
wordt in de tweede dataset gedefinieerd. De twee komen samen in de derde dataset
waar ze samen het model vormen. Alle datasets grijpen terug op de databank met GIS
kaarten. De complete invoer voor een regionaal model kan direct overgenomen worden
in een detail studie en vice versa: regionale modellen kunnen eenvoudig bijgewerkt
worden als na een detailstudie meer of betere gegevens beschikbaar komen.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 5 - November 2014
Het modelinstrumentarium garandeert de reproduceerbaarheid van modelresultaten en
voldoet aan de “Good Modelling Practice” standaard
Om kwaliteitsborging en reproduceerbaarheid te kunnen garanderen moeten ook de
relaties en afhankelijkheden tussen datasets en parameters duidelijk omschreven zijn.
Automatische validatie van de modelinvoer (vóórdat een berekening uitgevoerd wordt) is
een vereiste om aan de kwaliteitseisen te kunnen voldoen. Afwegingen en beslissingen
die een modelleur maakt ten aanzien van de modelschematisatie en bewerking van
invoergegevens worden in een logboek in de modelomgeving vastgelegd.
Relatie met de fysische werkelijkheid
Binnen het hiervoor beschreven concept past ook de definitie van parameters zelf.
Iedere parameter wordt gedefinieerd op basis van de werkelijke fysische
eigenschappen. Ook tijdens en na de ijking van een model behouden de
ijkingparameters altijd een ondubbelzinnige relatie met de werkelijkheid. Zo kunnen de
ijkingresultaten gebruikt worden voor een ander model of voor een andere toepassing.
Modelcodes
Een belangrijk uitgangspunt is om zoveel mogelijk gebruik te maken van modelcodes
die beschikbaar zijn. Met andere woorden: alleen iets ontwikkelen als het niet
beschikbaar is en/of onvoldoende is om de vraag te beantwoorden. In begin jaren 80
stond het modelleren van het watersysteem nog in de kinderschoenen. Het is in deze
periode geweest dat Royal HaskoningDHV zelf en samen met verschillende instituten
de eerste versies van verschillende modellen heeft ontwikkeld. Deze modellen worden
nu nog steeds onderhouden en verder ontwikkeld en zijn in de loop van de jaren
aangevuld met programmacodes van derden.
Voor verschillende hydrologische vraagstukken is een groot aantal modelcodes
beschikbaar van uiteenlopende complexiteit. Het modelinstrumentarium moet zo flexibel
en modulair opgezet zijn dat in principe elke modelcode gebruikt kan worden. Hier moet
de balans gezocht worden tussen de wetenschappelijke en pragmatische benadering bij
hydrologische vraagstukken.
In onze visie is het modelinstrumentarium een werkomgeving waarbinnen het opzetten,
toepassen en verwerken van verschillende modellen en effectmodellen op een
gebruiksvriendelijke manier plaatsvindt. Gebruiksvriendelijkheid heeft in deze context
een brede betekenis, namelijk:
- Intuïtieve gebruikersinterface
- Transparant en gestructureerd databeheer
- Flexibel en modulair van opzet ten aanzien van data en modellen
De visie die wij hebben is vertaald naar een modelinstrumentarium dat in de volgende
hoofdstukken nader is uitgewerkt.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 6 - November 2014
3 HET MODELINSTRUMENTARIUM
3.1 Inleiding
In 2006 is gestart met de ontwikkeling van een vernieuwde versie van onze huidige
modelomgeving. De modelomgeving wordt vernieuwd omdat de te beantwoorden
vragen veranderen en de eisen die dit stelt aan het modelinstrumentarium. De
vernieuwingen zijn onder andere ingegeven vanuit specifieke vragen vanuit diverse
waterbeheerders. Zo is steeds vaker een integrale aanpak (gekoppelde modellen)
belangrijk om de werking van het watersysteem te begrijpen.
Het modelinstrumentarium combineert databeheer, aansturing van modellen en
visualisatie binnen één werkomgeving voor het modelleren van het hele watersysteem.
Het modelinstrumentarium maakt het mogelijk om het hele watersysteem geïntegreerd
dan wel als afzonderlijke onderdelen voor oppervlaktewater, onverzadigde zone, ondiep
grondwater (drainage & infiltratie) en diep grondwater te simuleren. Naast simulatie van
kwantiteit is het opzetten en aansturen van effectmodellen onderdeel van het
instrumentarium.
De modulaire opbouw en open structuur van het systeem verzekerd de vrijheid in de
keuze van de modellen en de manier om simulaties uit te voeren:
- Keuze voor eenvoudige tot geavanceerde rekenkernen
Zo kan bijvoorbeeld voor de simulatie van oppervlaktewaterstroming gekozen
worden uit een eenvoudige benadering met bakjes tot een geavanceerde
benadering met SOBEK-CF.
- Keuze uit verschillende rekenkernen of modelcodes
De open en modulaire opbouw maakt het mogelijk om met het systeem vrijwel
elke rekenkern of modelcode aan te sturen. Het betreft rekenkernen door anderen
of door onszelf ontwikkeld. Zoals SOBEK, MODFLOW, FLUZO en (meta)SWAP.
Maar ook analytische codes of andere rekenprogramma’s, bijvoorbeeld voor
tijdreeksanalyses (Menyanthes) of neurale netwerken.
- Keuze voor eenvoudige tot geavanceerde manieren om modellen te koppelen
Mogelijkheden om modellen te koppelen varieert van een koppeling op afstand tot
volledig geïntegreerde modelberekeningen. Wij werken al jaren samen met
diverse instituten, zoals het WL|Delft, om de koppelingen steeds beter te maken.
De samen met het WL|Delft ontwikkelde koppelingstechniek (o.a. OpenMI) is niet
afhankelijk van het gebruikte rekennetwerk of rekenkern en is daardoor voor
vrijwel elke simulatiecode toepasbaar te maken.
- Keuze voor verschillende effectmodellen
De open en modulaire opbouw maakt het mogelijk om met het systeem vrijwel elk
effectmodel op te nemen in het modelinstrumentarium. Het betreft modellen voor
modellering van waterkwaliteit, vegetatievoorspelling (DURAVEG, NATLES),
zetting, landbouwschade (o.a. BODEP), enz., maar post-processing tools om
modelresultaten geschikt te maken als invoer voor externe programma’s zoals
GxG- en kwel-kaarten voor Waternood.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 7 - November 2014
De modulaire opbouw zorgt ervoor dat het instrumentarium op ieder moment eenvoudig
kan worden uitgebreid door toevoeging van de gewenste module. Het betreft uitbreiding
met een standaard module of een op maat ontwikkelde module die geheel tegemoet
komt aan de wensen van de hydroloog.
De ruime keuze mogelijkheden stellen hoge eisen aan databeheer en aansturing van de
programma’s. Al bij de eerste versie van de modelomgeving medio jaren 90 zijn diverse
technieken ontwikkeld om het databeheer, reproduceerbaarheid en consistentie binnen
een modelproject te garanderen. Alom geprezen is bijvoorbeeld de introductie van
scenariomanagement. Verder maakt de overzichtelijke dataopslag het mogelijk in één
oogopslag te zien hoe ver de modellering is gevorderd. Ook is onmiddellijk te zien of
datasets en/of parameters geactualiseerd zijn (bijvoorbeeld een aangepast waterpeil of
een nieuw rekennetwerk).
Ondanks de complexiteit van databeheer en aansturing van de verschillende modellen
is de user interface zeer overzichtelijk en gebruiksvriendelijk. Onze ervaring is dat de
gemiddelde gebruiker binnen enkele dagen bekend is met de werkmethode en
zelfstandig een modelproject kan uitvoeren. Een belangrijke reden hiervoor is dat de
gebruiker als vanzelf van modelschematisatie, parameterdefinitie (op basis van fysische
kenmerken), runnen van het model en visualiseren van resultaten wordt geleid. Met
andere woorden de werkomgeving is zodanig opgezet dat als vanzelf wordt voldaan aan
“Good Modelling Practice”
In de volgende paragrafen volgt een verdere uitleg van de algemene werking van het
instrument in termen van databeheer en datastromen. Daarna zal voor afzonderlijke
modelstappen een uitleg volgen van de aanpak en de onderliggende architectuur. Dit
hoofdstuk heeft als doel te laten zien hoe met het modelinstrumentarium een
modellering uitgevoerd wordt.
Waarom aansturing SOBEK en andere modellen
De diverse modellen die kunnen worden aangestuurd vanuit het modelinstrumentarium beschikken over
voldoende functionaliteit om het model aan te sturen. Waarom dan toch de aansturing regelen binnen
één modelomgeving?
- Door alle modellen binnen één omgeving op te zetten is de koppeling van modellen en de
onderlinge consistentie van overeenkomstige parameters.
- Voor een aantal modellen ontbreekt de pre-processing of is deze beperkt. SOBEK bijvoorbeeld
heeft mogelijkheden voor het aanmaken van een model. Dit is echter bewerkelijk en
arbeidsintensief. Het modelinstrumentarium maakt het mogelijk om o.a. legger gegevens direct
te vertalen naar een SOBEK model.
- Een aantal modellen ontbeert de mogelijkheden om resultaten makkelijk inzichtelijk te maken
als kaarten, grafieken etc. Ook voor deze zaken vult het modelinstrumentarium dergelijke
modellen aan.
Het modelinstrumentarium neemt dus de aansturing van modellen volledig of ten dele op zich. We
houden ons aan de standaard bestandsformaten van de modellen. Een SOBEK model kan dus altijd nog
worden bewerkt in NETTER.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 8 - November 2014
3.2 Datastructuur en datastromen
Het modelinstrumentarium bestaat uit twee onderdelen die nauw met elkaar zijn
verbonden. Het eerste is de dataomgeving. Het tweede is de modelomgeving.
In onderstaand figuur is schematisch het modelinstrumentarium weergegeven. De pijlen
geven de richting van datastromen weer.
3.2.1 Dataomgeving
Een aanzienlijk deel van de tijd bij het opzetten van een model gaat verloren aan het
verzamelen van de juiste gegevens. Dit heeft natuurlijk diverse oorzaken. Een
belangrijke is dat de gegevens op veel verschillende plekken binnen en buiten het
waterschap staat. Een tweede oorzaak is dat het voor de aanleverende instantie (bijv.
GIS afdeling) vaak niet duidelijk is welk informatie precies aangeleverd moet worden.
De dataomgeving neemt deze zorg (tijdverlies en ergernis) uit handen. Binnen de
metadatabank worden eenmalig de verschillende bronnen van data binnen en buiten de
organisatie gedefinieerd.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 9 - November 2014
De metadatabank zelf bevat dus in principe geen fysieke data. De data is direct te
bekijken met een bijgeleverde viewer of desgewenst ArcGIS of ander systeem. De
metadatabank bevat overigens ook de resultaten van eerdere modellen. Dit is handig
voor het opzetten van nieuwe modellen (randvoorwaarde) en om een overzicht te
houden waar modellen en bijbehorende resultaten beschikbaar zijn binnen het
beheersgebied.
3.2.2 Modelomgeving
De modelomgeving is ontworpen om moeiteloos en gestructureerd modellen op te
zetten, te koppelen, te kalibreren, scenario- en effectberekeningen uit te voeren. Dit
alles in een omgeving waarbij op ieder moment de basisdata, invoergegevens en
modelresultaten gevisualiseerd en bewerkt kunnen worden.
De datastromen binnen het systeem is vraaggestuurd. Dat werk zo. Afhankelijk van de
modelkeuze, rekenkern dan wel effectmodel moeten diverse parameters worden
ingevuld. Voor model 1 is bijvoorbeeld een maaiveld nodig. Het instrumentarium
controleert eerst de beschikbaarheid in de databank met modelgegevens. Is dit niet het
geval dan wordt het maaiveld opgehaald via de metadatabank.
Het voordeel is dus dat het instrumentarium ervoor zorgt dat én de data niet twee keer
hoeft te worden opgevraagd én dat de beide modellen van dezelfde invoer gebruik
maken. Dit aspect verhoogd de reproduceerbaarheid en is van belang indien modellen
gekoppeld worden of bij een scenario. Binnen een scenario worden alleen de voor het
scenario gewijzigde parameter gebruikt en/of aangepast. Dit kan overigens ook een
klimaatscenario zijn die al is vastgelegd en dus afkomstig uit de metadatabank. Voor de
diverse situaties gelden dus net weer andere beslisregels ten aanzien van datastromen,
dit is de volgende paragrafen nader uitgewerkt.
De voor- en nabewerking, presentatie en visualisatie vindt plaats binnen of buiten het
modelinstrumentarium. Het modelinstrumentarium wordt geleverd met een
presentatiemodule waarmee bewerkingen en visualisatie van invoer en uitvoer op
verschillende manieren mogelijk is (zie hoofdstuk 4). Het is ook mogelijk om binnen het
modelinstrumentarium hiervoor de bij de modelcodes geleverde visualisatie en
bewerkingsprogramma’s aan te roepen en te gebruiken (bijvoorbeeld NETTER voor
SOBEK of ArcGIS). Het gebruik van deze programma’s sluit naadloos aan bij het
modelinstrumentarium. De modelleur heeft de altijd de vrije keuze.
De modelresultaten dienen vaak ook weer als invoer voor externe programma’s.
Bijvoorbeeld effectmodellen die niet zijn ondergebracht binnen het
modelinstrumentarium. Door het onderbrengen van modules voor nabewerking binnen
de interface kunnen de resultaten ook voor andere programma’s beschikbaar worden
gemaakt. Denk bijvoorbeeld aan de GxG bepaling voor Waternood.
Een belangrijk traject binnen de datastromen is van de modelresultaten terug naar de
metadatabank. Het betreft modelresultaten die na nabewerking beschikbaar zijn
gemaakt als basisdata. Denk bijvoorbeeld aan een kaart met GxG of
ontwateringsdiepte. Deze resultaten zijn dan via het intranet direct beschikbaar voor
intern gebruik, maar kunnen ook weer als randvoorwaarde dienen voor nieuwe
modellen.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 10 - November 2014
3.3 Dataomgeving
3.3.1 Algemeen
De dataomgeving verzorgt de datastroom vanuit de verschillende bronnen binnen én
buiten de organisatie. Het betreft data dat nog geen relatie heeft met modellen maar wel
daarvoor nodig is. De data mag ieder gewenst formaat hebben, o.a. shape format, grids,
ASCII, Acces-databases, ORACLE, etc. Zie voor meer informatie, technische
achtergrond in de volgende paragraaf. Het betreft 3 typen data:
- Basisdata (o.a. legger, metingen, …)
- Geïnterpreteerde data (o.a. verbreiding weerstandslaag,…)
- Modelresultaten (o.a. berekende -peilen, -fluxen, -grondwaterstanden, …)
Basisdata zijn gegevens zoals profielen waterlopen, boorstaten, metingen van
waterstanden, maalgegevens etc. Dit zijn gegevens die ofwel intern worden gevalideerd
en opgeslagen ofwel extern worden beheerd, bijvoorbeeld TNO voor DINO. Basisdata
betreft ook schematisatie van bestaande modellen. Denk aan de bestaande modellen
gemaakt in MODFLOW (of binnen MIPWA).
Geïnterpreteerde data heeft betrekking op gegevens waarover een interpretatieslag
heen is gegaan. Een voorbeeld is de weerstand en verbreiding van een weerstandslaag.
De basis voor een dergelijke kaart zijn boringen. Een vlakdekkende verbreiding is een
interpretatie hiervan.
Resultaten van verschillende modelstudies kunnen ook worden opgenomen. Dit dient
meerdere doelen. Ten eerste zijn de gegevens via het intranet toegankelijk ook voor
niet-modelleurs. Ten tweede kunnen de (niet-)modelleurs direct gebruik maken van
reeds uitgevoerde modelberekeningen. Tot slot vormen de modelresultaten de basis
voor nieuwe berekeningen. Bijvoorbeeld de in een eerdere modellering berekende
kwel/wegzijging met een regionaal grondwatermodel dient dan weer als randvoorwaarde
voor een nieuw oppervlaktewatermodel.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 11 - November 2014
De aansturing van de metadatabank verloopt via een webapplicatie. De applicatie draait
ofwel via het intranet ofwel op de lokale PC’s. Om optimaal gebruik te maken van de
dataomgeving is het raadzaam het systeem via het intranet te laten draaien. Hierdoor is
het voor iedereen (of alleen daartoe gerechtigde personen) mogelijk de databank in te
kijken.
De voordelen van de dataomgeving zijn evident:
- Data verzameling vindt maar één keer plaats. Als de link eenmaal zijn gelegd is
de databank eenvoudig up-to-date te houden.
- De gegevens zijn voor iedereen en vanaf elke werkplek toegankelijk (alleen
intranet).
- Altijd een overzicht van het beheersgebied qua modellen.
- Modelresultaten zijn direct in kaartvorm zichtbaar te maken voor intern gebruik.
- Data op de verschillende plekken kunnen binnen de organisatie blijven staan en
beheerd door de verschillende afdelingen en personen.
Ten aanzien van het laatste punt. De data hoeft niet allemaal fysiek ergens op een
server te staan. Afzonderlijke componenten in deze database kunnen op verschillende
computers in een verschillend formaat opgeslagen zijn, zoals INTWIS (IRIS), Oracle
Spatial, Smallworld, ArcGIS of als losse shapefiles, database files of spreadsheets.
Door middel van meta-informatie wordt vastgelegd welke informatie waar te vinden is en
in welk formaat. Aan het zoeken, visualiseren en selecteren van informatie uit deze
database liggen vaak spatial queries ten grondslag die in essentie ook GIS bewerkingen
zijn.
Voor gegevens van binnen de organisatie is dit aan te raden. Voor informatie van buiten
de organisatie is het te overwegen de data op de lokale server op te slaan.
3.3.2 Technische achtergrond dataomgeving
Door de snelle ontwikkelingen op GIS gebied is niet alleen de GIS software zelf, maar
ook het formaat van de databestanden aan verandering onderhevig. Bovendien is de
Application Programming Interface (API) van de GIS programmatuur van bijvoorbeeld
markleider ESRI in afgelopen 25 jaar regelmatig gewijzigd (Arc SML, Avenue, VBA). Om
niet afhankelijk te zijn van veranderende software van derden ten aanzien van de
aansturing van het modelinstrumentarium hebben wij al in de jaren 90 besloten de
aansturing van modellen niet langer vanuit een commercieel GIS pakket te realiseren.
Wij hebben een eigen modelomgeving ontwikkeld die open en modulair is opgezet en
met vrijwel alle grote GIS-systemen kan communiceren
Specificaties
Het modelinstrumentarium volgt de specificaties van het Open Gis Consortium gebruik
makend van de Open Source Geospatial Data Abstraction Library (GDAL). Dit betekent
dat het instrumentarium met vrijwel alle bekende GIS bestanden overweg kan en de
aansluiting vindt bij bestaande standaarden (KRW-geoformats, Aquo, INTWIS, IRIS).
Ook worden alle grote database systemen (Oracle, MySQL, Access, Excel) ondersteund
zodat basisinformatie uit vrijwel elke gestructureerde database, spreadsheet of
tekstbestand geïmporteerd kan worden in de database.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 12 - November 2014
Opslagformaat
De gegevens worden in tabelvorm (boorgegevens, neerslag cijfers, grondwaterstanden)
en kaartvorm (bodemkaart, AHN, monitoringslocaties, waterlopen) opgeslagen. Het
verdient de voorkeur de basiskaarten op te slaan in vector formaat en niet te vergridden
omdat dan informatie verloren gaat die in een later stadium nodig kan zijn (bij een
detailstudie bijvoorbeeld). Informatie die in rasterformaat beschikbaar is (AHN) wordt
wel als rasterbestand opgeslagen.
Visualisatie
Om de geo-informatie te kunnen visualiseren zou een product als bijvoorbeeld ArcGIS,
ArcSDE en ArcIMS gebruikt kunnen worden. Een door ons gepropageerd alternatief
echter, is aansluiting te zoeken bij het programma “Open Standaarden en Open Source
Software voor de overheid” (OSSOS) en te kiezen voor Mapserver en MySQL. Hierdoor
wordt bijgedragen aan het verhogen van de kwaliteit van overheidsinformatiesystemen
op het gebied van de toegankelijkheid van informatie, transparantie van handelen,
veiligheid en toekomstvastheid. Kostenbesparing en productonafhankelijkheid spelen
hierbij zeker ook een rol.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 13 - November 2014
3.4 Modelomgeving
3.4.1 Algemeen
De modelomgeving draagt zorg voor een gebruiksvriendelijke en gestructureerde
manier van modelleren. Wat geldt voor het hele instrumentarium geldt voor de
modelomgeving in het bijzonder. De modelomgeving combineert databeheer, aansturing
van modellen en visualisatie in één omgeving. De verschillende mogelijkheden van de
modelomgeving wordt in deze en navolgende paragrafen uitgelegd. Als eerste volgt een
uitleg voor het opzetten van een model en dient tevens als kapstok voor de uitleg over
het gebruik van datasets en waar welke data wordt opgeslagen. In de paragraaf erna
wordt wat dieper ingegaan op de wijze waarop de modelomgeving ervoor zorg draagt
dat modellen consistent worden opgezet (zeer belangrijk bij gekoppelde modellen) en
dat resultaten reproduceerbaar zijn.
3.4.2 Technische achtergrond
Het computer programma voor de aansturing van het modelleringsproces (de “schil”)
moet aan een groot aantal eisen voldoen. Gebruikersvriendelijkheid, open, modulaire
structuur en flexibiliteit zijn in deze context al eerder genoemd. Veruit de meeste in
Nederland gebruikte modelcodes werken onder het besturingssysteem Windows. Om
gemakkelijk aan te kunnen sluiten bij bestaande programma’s is de schil ook een
Windows applicatie. De applicatie zelf is geprogrammeerd in C++ en C# en draait onder
het .NET Framework wat voor alle Windows versies vanaf Windows 98 gratis leverbaar
is. Koppelingen met databanken en het Internet worden met ADO.NET en ASP.NET
gerealiseerd.
3.4.3 Databank modelgegevens (Catalog) en preprocessing
De informatie die nodig is als modelinvoer wordt uit de metadatabank opgehaald en
vervolgens in een standaard formaat opgeslagen in de databank modelgegevens. De
informatie die in de databank modelgegevens opgeslagen is kan in principe met elke
willekeurige GIS software gevisualiseerd worden. Om onafhankelijk te kunnen zijn van
bepaalde GIS programmatuur bevat het modelinstrumentarium een ingebouwde
functionaliteit die aangewend kan worden voor visualisatie en bewerkingen van zowel
geografische informatie als tijdreeksen en het koppelen van deze informatie aan het
rekennetwerk. De modelleur kan gebruik maken van deze standaard functionaliteit of
hier een extern programma (zoals ArcGIS) voor inzetten. Desgewenst kunnen de
invoerbestanden voor modelcodes met speciale software (zoals Netter of GMS) bewerkt
worden.
Het toekennen van parameterwaarden aan rekennetwerken wordt binnen de
modelleeromgeving gerealiseerd door middel van een allocatie stap. Onder allocatie
wordt hier verstaan een ruimtelijke interpolatie of opschaling. Deze toekenning kan
rechtstreeks zijn, of door middel van interpolatie, formules, expressies of scripts. De
open, modulaire structuur biedt de mogelijkheid allocatietechnieken te ontwikkelen voor
speciale doeleinden of externe programmatuur te gebruiken.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 14 - November 2014
De laatste stap in de preprocessing is het genereren van invoerbestanden voor de
rekenkernen. Het aanmaken van de invoerbestanden wordt door het
modelinstrumentarium verzorgd. De modelleur kan altijd in dit proces ingrijpen en de
invoerbestanden handmatig bewerken alvorens de berekeningen te starten.
3.4.4 Opzetten van een model en simulatierun
Eerder is al aangegeven dat het modelinstrumentarium vraaggestuurd werkt. De eerste
vraag die gesteld moet worden is wat het gewenste eindresultaat dient te zijn. Naarmate
namelijk de dataomgeving verder gevuld wordt met data en modelresultaten zal het
vaker voorkomen dat het niet nodig is een model te maken. In die gevallen kan direct
begonnen worden met bijvoorbeeld het opzetten van een effectmodel.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 15 - November 2014
Om het proces van modelopzet tot simulatierun te illustreren gaan we eerst uit van het
opzetten van een model. We gaan eerst uit van gebruik van één rekenkern. Het is
bedoeld om te laten zien hoe het opzetten van een model in zijn werk gaat.
Een modellering start met de keuze welk onderdeel van het watersysteem gemodelleerd
gaat worden. Naast de keuze voor een onderdeel van het watersysteem kan ook
gekozen worden voor een effectmodel of gekoppelde berekening. Hierover later meer.
Berekening 1
Modelschematisatie
Model 1
Databank modelgegevens
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Gekoppeld rekenen
- Effectmodel
Rekennetwerk
Modelomgeving
Metadatabank basisgegevens
Dataomgeving
Berekening 1
Modelschematisatie
Model 1
Databank modelgegevens
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Gekoppeld rekenen
- Effectmodel
Rekennetwerk
Modelomgeving
Metadatabank basisgegevens
Dataomgeving
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 16 - November 2014
De keuze is bijvoorbeeld voor de oppervlaktewatermodel. De gebruiker krijgt vervolgens
de keuze uit enkele beschikbare rekenkernen en kiest bijvoorbeeld SOBEK. De
modelomgeving genereert vervolgens de bijbehorende datasets. In dit geval is dat een
dataset voor de modelschematisatie, rekennetwerk en het model. De gebruiker kiest
binnen de dataset rekennetwerk voor de omtrek van het te modelleren gebied. Verder
dient de gebruiker nader de schematisatie aan te geven. Dit is van belang voor het
aanmaken van de juiste parameters. Op basis van de gekozen rekenkern en
aanvullende gegevens genereert het programma volledig automatisch de benodigde
parameters.
De parameters worden gedefinieerd met GISkaarten of andere basisdata en bevinden
zich of worden aangemaakt in de databank modelgegevens. De parameters zijn dus
onafhankelijk van het rekennetwerk. Dit heeft als voordeel dat de keuze voor
detailniveau vrij is en op ieder moment kan worden aangepast.
Het definiëren van de bijbehorende gegevens is vraaggestuurd. Het programma
controleert eerst de beschikbaarheid in de databank met modelgegevens. Is dit niet het
geval dan worden de gegevens opgehaald via de metadatabank. Mocht om wat voor
reden dan ook geen gegevens beschikbaar te maken zijn via deze weg dan staat het de
gebruiker vrij zelf de gegevens toe te voegen.
Het is ook mogelijk dat een parameter gedefinieerd wordt op basis van andere
parameters. Denk aan toekennen van een drainageweerstand op basis van de formule
van Bruggeman (slootafstand, bodemweerstand, waterpeil, etc.). De modelomgeving
biedt deze mogelijkheid. Evenals het toepassen van expressies waarmee, zoals in
Excel, voor het aanmaken en wijzigen van parameters.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 17 - November 2014
Binnen de dataset rekennetwerk hoeft de gebruiker alleen het detailniveau van het
model te definiëren. Het programma weet op basis van de gekozen rekencode welk type
rekennetwerk moet worden aangemaakt. Bijvoorbeeld een eindige differentie netwerk of
eindige elementen. Voor een oppervlaktewatermodel worden verder nog de ligging van
de waterlopen en grote waterpartijen opgenomen en voor een grondwatermodel komen
daar de onttrekkingen etc. bij.
Binnen de dataset model worden de GIS kaarten en andere gegevens met behulp van
een door de gebruiker gedefinieerde allocator (interpolatietechniek) toegekend aan het
rekengrid. Er is een hele reeks van interpolatietechnieken beschikbaar. Voor allocatie in
de ruimte o.a. lineair, TIN, InvDist, Kriging, etc. Ook is het mogelijk direct de
interpolatietechnieken van SURFER aan te roepen.
Verder kan elke parameter zowel als vaste waarde in de tijd (bijvoorbeeld een maaiveld)
of tijdsafhankelijk (bijvoorbeeld een neerslagreeks) worden gedefinieerd. De interpolatie
in de tijd kan op verschillende manieren: verandering van parameterwaarde op
tijdstippen opgegeven door de gebruiker, automatisch geïnterpoleerd over de
rekenperiode als intensiteiten (typisch voor fluxen) of automatisch geïnterpoleerd als
gemiddelden (typisch voor waterstanden). Dit is mogelijk voor iedere parameter en kan
worden gebruikt om de toename infiltratieweerstand van een sloot te simuleren.
Na allocatie van de parameters is het model gereed voor de eerste simulatie. De
invoerbestanden worden gegenereerd in de standaard formaten voor specifieke
rekenkern en indien gewenst vindt een controle van de modelinvoer plaats. Na de
simulatie run zijn de modelresultaten direct te visualiseren en beschikbaar voor verdere
verwerking.
3.4.5 Validatie, controle en reproduceerbaarheid resultaten
Een modellering wordt opgezet als een zogenaamd 'project'. Binnen een project worden
modellen (rekencode) gedefinieerd waarvoor zogenaamde datasets worden
aangemaakt (met eigen directory), die elk hun eigen plaats binnen de projectstructuur
hebben. Elke dataset kent daarbij zo zijn eigen invoerbestanden en afhankelijkheden.
De relatie tussen alle data wordt real-time bijgehouden en vastgelegd bij het model. De
status van datasets en parameters worden visueel weergegeven (zie tabel voor uitleg).
Dat zorgt ervoor dat in één oogopslag duidelijk is of datasets geactualiseerd moeten
worden omdat onderliggende informatie veranderd is (bijvoorbeeld een aangepaste
parameterkaart of een nieuw rekennetwerk waardoor een parameter opnieuw
geallokeerd moet worden).
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 18 - November 2014
Het voorgaande controleert het model in termen van data. Veel modelfouten treden op
omdat aangeleverde parameterkaarten fouten bevatten. Denk bijvoorbeeld aan een
stuwhoogte die ligt onder de slootbodem. Het is vaak lastig en in ieder geval vervelend
om dergelijke fouten pas na het runnen van een simulatie te vinden. Er is daarom een
‘analyzer’ ingebouwd die dergelijke controles uitvoert en de invoergegevens voor de
diverse modellen valideert.
3.4.6 Scenariomanagement
Veelal wordt een model toegepast om het effect van aanpassingen op het watersysteem
te voorspellen. Deze aanpassingen betreffen over het algemeen slechts enkele
parameters (zoals een ander onttrekkingsdebiet of nieuwe waterpeilen). Om
reproduceerbaarheid van de resultaten te garanderen is het zogenaamde
scenariomanagement geïntroduceerd.
Bij een nieuw scenario maakt de modelomgeving een dataset aan waarbij alleen de
veranderende parameters gedefinieerd worden (gearceerd weergegeven). Dat is dus
hetzelfde als voor de in de hiervoor beschreven paragraaf voor calibratie. De
parameters die ongewijzigd blijven, worden automatisch aangeroepen vanuit de
definitieve versie van het (gecalibreerde) model evenals het rekennetwerk. De
gewijzigde parameters zijn ook de enige parameters die daadwerkelijk in de scenario
dataset aanwezig zijn. Hierdoor is in één oogopslag duidelijk welke parameters
gewijzigd zijn.
Voordeel is:
- Dat het gecalibreerde model intact blijft en er geen kopie van het model wordt
gemaakt. Dit garandeert de reproduceerbaarheid van de berekeningsresultaten.
- Zeer snel een klimaatscenario kan worden gedraaid (betreft slechts een enkele
parameter).
- Zeer snel inzicht in mogelijke ingrepen zichtbaar worden gemaakt.
Indien na verloop van tijd nieuwe inzichten aanleiding is om het gekalibreerde model te
wijzigen is een druk op de knop genoeg om voor alle scenario’s nieuwe modelresultaten
te genereren.
3.4.7 Koppelen van modellen
De modulaire opbouw en open structuur zorgt ervoor dat een koppeling van
verschillende modellen binnen de modelomgeving eenvoudig is te realiseren. Zo is
bijvoorbeeld de interactie tussen grondwater en individuele waterlopen (gedefinieerd als
lijnelementen en onafhankelijk van het rekengrid) eenvoudig te koppelen aan de
waterlopen van een oppervlaktewatermodel. Een koppeling is altijd gedefinieerd met
basiskaarten (conceptueel) en werkt dus voor iedere numerieke discretisatie. Koppelen
van modellen vindt plaats via een eenvoudige wizard.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 19 - November 2014
Er kan gekozen worden op welke wijze modellen aan elkaar worden gekoppeld: offline
(sequentieel), online of online volgens OpenMI. Meer hierover in hoofdstuk 5.
In termen van databeheer zorgt de modelomgeving ervoor dat parametergegevens die
voor de gekoppelde modellen van belang zijn kunnen worden gedeeld. Neem als
voorbeeld een parameter waarmee de diepte van de sloot wordt gedefinieerd. Het
systeem zorgt ervoor dat als de diepte van een sloot in model 1 al is gedefinieerd deze
kan automatisch worden gebruikt als diepte sloot voor model 2. De gegevens voor de
diepte van de sloot worden dan gedeeld in de databank modelgegevens.
Voordeel van deze aanpak is:
- De te koppelen modellen komen altijd goed overeen.
- De modelomgeving neemt de modelleur een flink deel denkwerk ten aanzien
van gekoppelde modellen uit handen.
- Als gekoppeld wordt met een bestaand model (binnen of buiten de
modelomgeving) is via simpele koppeltabellen een koppeling te realiseren.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 20 - November 2014
3.4.8 Effectmodellen
Met effectmodellen worden een scala aan modellen bedoeld. In feite zijn effectmodellen
programma’s die als invoer modelresultaten (meestal stromingsmodellen) nodig hebben
en waarvoor een aantal nieuwe parameters gedefinieerd moeten worden. Onder
effectmodellen wordt verstaan waterkwaliteitsmodellen, waternood, zetting, ecologie,
landbouw, etc.
Er zijn twee manieren om een effectmodel op te zetten. Eén manier is binnen een
modelproject waarvan direct modelresultaten worden onttrokken. In onderstaande
schema laat zien hoe dit werkt.
Bij een nieuw effectmodel maakt de modelomgeving een dataset aan waarbij op basis
van het gekozen effectmodel parameters gedefinieerd worden (gearceerd
weergegeven). De parameters die overeenkomen met het model (hier model 1) worden
automatisch aangeroepen vanuit dataset van dat model. Hetzelfde geldt voor het
rekennetwerk (gestreepte omlijning dataset).
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Effectmodel
- Gekoppeld model
Modelschematisatie
Model
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Model 1
Modelomgeving
Model
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Effectmodel 1a
Dataomgeving
Modelschematisatie
Effectmodel
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Effectmodel 1b
Modelschematisatie
Databank modelgegevens
Metadatabank basisgegevens
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Effectmodel
- Gekoppeld model
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Effectmodel
- Gekoppeld model
Modelschematisatie
Model
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Model 1
Modelomgeving
Model
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Effectmodel 1a
Dataomgeving
Modelschematisatie
Effectmodel
(Parameters gelinkt
aan rekennetwerk)
Rekennetwerk
Effectmodel 1b
Modelschematisatie
Databank modelgegevens
Metadatabank basisgegevens
Kies modeltype:
- Oppervlaktewater
- Onverzadigde zone
- Ondiep grondwater
- Diep grondwater
- Effectmodel
- Gekoppeld model
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 21 - November 2014
Het is echter ook mogelijk om een effectmodel te maken op basis van modelresultaten
en/of informatie voorhanden in de metadatabank. Denk aan modelresultaten van
eerdere modellen. In het schema is dit weergegeven als effectmodel 1b. In principe
werkt dit hetzelfde zoals beschreven voor effectmodel 1a. Het verschil is dat voor dit
model een rekennetwerk en dataset voor de modelschematisatie moet worden gevuld
met informatie.
De voordelen zijn:
- Effectmodel kan op een andere schaal worden toegepast dan het model
waarvan het zijn invoer krijgt aangereikt. Dit kan handig zijn voor bijvoorbeeld
ecologische modellen waarbij het maaiveld een zeer belangrijke rol speelt.
- Indien na verloop van tijd nieuwe inzichten aanleiding is om het model (model 1)
te wijzigen is een druk op de knop genoeg om nieuwe modelresultaten te
genereren voor het effectmodel.
- De hier gepresenteerde methodiek maakt het mogelijk vrijwel ieder effectmodel
aan te sturen vanuit de modelomgeving.
Effectmodel: Vegetatievoorspelling en toetsing DURAVEG
Duraveg bepaalt welk type vegetatie het meest waarschijnlijk is bij het berekende. Per gebied kan getoetst
worden op een aantal reeksen en iedere reeks kan uit één of een combinatie van vegetatietypen bestaan. Op
deze manier krijgt men in één oogopslag een beeld van de haalbaarheid van de gewenste vegetatietypen.
Voordeel van het gebruik ten opzichte van WaterNOOD is dat getoetst wordt in volgorde van meest kritische
vegetatietype naar minst kritische. Het eindresultaat van een Duraveg-berekening is een kaart met voor ieder
gebied waar een reeks is opgegeven, het meest geschikte vegetatietype uit die reeks. De module is
succesvol toegepast als alternatief voor WaterNOOD voor het gebeid van Naardermeer en omgeving voor
Waternet.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 22 - November 2014
4 VISUALISATIE, GIS EN PRE- EN POSTPROCESSING
4.1 Postprocessing
Na het voltooien van de berekening worden de berekeningsresultaten geconverteerd
naar de TRIWACO standaard bestandsformaat voor verder verwerking en visualisatie.
De standaard visualisatiemodule biedt een uitgebreid pakket aan mogelijkheden (o.a.
gebiedsdekkende weergave en animaties van parameterwaarden, thematische
classificaties, isolijnen, tijdseries, dwarsdoorsneden en stroombanen). De visualisaties
kunnen als GIS bestand of animatiefilmpje bewaard worden. Omdat de modeluitvoer in
standaard GIS formaat beschikbaar te maken is kan uiteraard desgewenst een extern
programma, zoals ArcGIS, gebruikt worden voor visualisatie.
Er is een groot aantal nabewerkingprogramma’s beschikbaar dat direct aan de
modeluitvoer gekoppeld kan worden, bijvoorbeeld Waternood, Duraveg, Bodep, Animo
en MT3D. Ook kunnen water- en stofbalansen per modelcode opgesteld worden.
4.2 Visualisatie, presentatie van parameters en resultaten
TRIPLOT is de module voor de presentatie en visualisatie van zowel invoergegevens
als resultaten van modelberekeningen. Daarnaast biedt TRIPLOT de mogelijkheid
bewerkingen op de ingelezen parameters uit te voeren en de resultaten van deze
bewerkingen op te slaan in TRIWACO parameterbestanden of te exporteren naar een
GIS (ArcView/GIS) of ander formaat. Het is ook mogelijk om binnen TRIPLOT voor
grondwatermodellen interactief stroombaanberekeningen uit te voeren waarbij de
resultaten direct zichtbaar zijn.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 23 - November 2014
Visualisatie van resultaten en parameters
TRIPLOT biedt diverse mogelijkheden om de ingelezen parameters te visualiseren. Met
behulp van een klasse-indeling of door het tekenen (en inkleuren) van contourlijnen kan
de verdeling van de parameters zichtbaar gemaakt worden, waarbij ook de mogelijkheid
bestaat, door schaduwwerking, reliëf weer te geven. Individuele knoop/celwaarden
kunnen worden opgeroepen met de "inspector" of kunnen als label bij de knooppunten
zichtbaar gemaakt worden.
Verwerken en weergeven van resultaten
Parameters en modelresultaten worden bewerkt met behulp van expressies. Zo kan
eenvoudig de verandering van een uitgangssituatie worden vergeleken met dat van een
scenarioberekening. Ook kan met een druk op de knop bijvoorbeeld de
ontwateringsdiepte worden bepaald. Ofwel ieder gewenste vergelijking van datasets,
parameters of modelresultaat is mogelijk.
Verandering van de grondwaterstand na verhoging van het peil in de sloten.
Weergave is tot stand gekomen door modelresultaat van huidige situatie af te trekken van het scenario.
Achtergrondkaarten
De presentatie en visualisatie wordt compleet met een achtergrondkaart. Desgewenst
kunnen GIS-kaarten of de voor de invoer van parameters aangemaakte kaarten als
achtergrondkaart worden ingelezen. TRIPLOT ondersteund overigens diverse formats
voor het inlezen van achtergrondkaarten (jpg, tiff, gif, bmp, etc.) en het 'komma
gescheiden' formaat (csv).
Tabellen
De waarden van alle in TRIPLOT ingelezen parameters kunnen ook worden getoond in
een tabel. De tabel, of een deel ervan, kan eenvoudig gekopieerd worden naar een
spreadsheet, zoals Excel. Een dergelijke tabel kan ook worden gegenereerd vanuit een
verticale doorsnede. In dat geval worden de parameterwaarden gegeven op regelmatige
afstanden langs het profiel.
Calibratie resultaten
Binnen triwaco is het eenvoudig om berekende met waargenomen stijghoogten of fluxen
te vergelijken. Door een bestand aan te maken met meetgegevens vergelijkt triwaco
automatisch de modelresultaten en schrijft de afwijkingen naar een uitvoerbestand. Met
TRIPLOT kunnen de afwijkingen van de berekende ten opzichte van de gemeten
waarden, eventueel per modellaag, ruimtelijk in beeld worden gebracht.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 24 - November 2014
Weergave resultaten in grafieken
Binnen triwaco is het eenvoudig om berekende stijghoogten of fluxen met
waarnemingen te vergelijken. De resultaten worden, eventueel per modellaag, ruimtelijk
en met tijdserie grafieken gevisualiseerd. Meetgegevens, of het verschil daarmee,
kunnen ter vergelijking weergegeven worden (bijvoorbeeld de resultaten van een
automatische kalibratie). Meetgegevens kunnen direct uit Excel worden toegevoegd met
een csv bestand. De weergave van tijdseries is volledig aan te passen aan de wensen
van de gebruiker.
Animatie
Het is nu ook mogelijk om animaties van tijdsafhankelijke resultaten, parameters,
vectorvelden en nog veel meer te maken. TRIPLOT beschikt over een verschillende
geavanceerde opties om ieder gewenste animatie te maken. Bijvoorbeeld kan de
inspector worden opgenomen in de animatie. Een animatie kan worden opgeslagen in
het standaard avi formaat die kan worden afgespeeld in een powerpoint presentatie of
mediaspeler (bekijk animatie).
Interactieve stroombaanberekeningen
Binnen TRIPLOT kunnen met TRACE interactief stroombaanberekeningen worden
uitgevoerd. Stroombanen starten vanuit een willekeurig punt, waterloop, lijn, gebied
behoord allemaal tot de mogelijkheden. Het is daarbij ook mogelijk om de stroombanen
te laten starten vanuit een willekeurig punt in een verticale doorsnede. Ook kan een
snelheidsveld worden berekend en gepresenteerd. Het berekende snelheidsveld kan
vervolgens in een apart bestand worden bewaard, waardoor vergelijking tussen
verschillende scenarioberekeningen mogelijk is. Bij tijdsafhankelijke berekeningen kan
bovendien de verandering van de het stromingsbeeld (snelheidsveld) in de tijd met
behulp van een animatie worden gevolgd.
3D weergave op kaarten of helicopterview
Opslaan en exporteren van presentaties
Presentaties die met TRIPLOT zijn gemaakt kunnen worden bewaard in een apart
bestand waarin alle aan te roepen parameters en de gebruikte instellingen worden
opgeslagen. Op deze wijze is een presentatie eenvoudig beschikbaar voor later gebruik.
Daarnaast kunnen ook resultaten van eventuele bewerkingen op parameters in triwaco
parameterbestanden worden opgeslagen. De kaarten uit een presentatie kunnen ook
worden geexporteerd naar een GIS (in de vorm van ArcView/GIS shape-files), naar
diverse grafische formats (dxf-bestanden of bitmaps) of rechtstreeks naar een printer.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 25 - November 2014
5 MODELLEN
Eerder is al aangegeven dat we als belangrijk uitgangspunt hebben om voor zover
mogelijk gebruik te maken van bestaande modelcodes die beschikbaar zijn. Dat wil niet
zeggen dat we zelf geen modelcodes (blijven) ontwikkelen. We willen echter voorkomen
dat wielen voor de tweede keer worden uitgevonden. Tweede uitgangspunt is dat de te
beantwoorden vraag bepaald welke modelcodes geschikt zijn. Het is in veel gevallen
namelijk niet nodig de meest geavanceerde modelcodes en/of koppelingen in te zetten
als de gestelde vraag met een eenvoudige modelcode kan worden beantwoord.
5.1 Oppervlaktewater
Bakjes
Oppervlaktewater kan van eenvoudig tot geavanceerd worden gemodelleerd. Een
eenvoudige aanpak is op basis van bakjes. Hiervoor zijn verschillende modelcodes in
omloop, als afzonderlijke codes of geïntegreerd in andere modellen veelal
grondwatermodellen. Wij hebben hiervoor de modules SF (bakjes) en geavanceerd
Triflow (o.a. formule van Strickler, stuwen, hellingen, afvoergebieden). In veel gevallen
blijkt echter dat de grens van de mogelijkheden, voor een waterschap, snel is bereikt.
SOBEK en DUFLOW
Gekozen wordt dus veelal voor een geavanceerdere modelcode zoals DUFLOW en
SOBEK. Het boezemsysteem is reeds in SOBEK gemodelleerd en het ligt voor de hand
de ingeslagen weg te volgen. Ook omdat de verdere ontwikkeling van DUFLOW
onzeker is.
De mogelijkheden van SOBEK behoeven verder geen nadere uitleg. De aansturing van
SOBEK binnen het modelinstrumentarium is met name gericht op onderdelen die
minder goed binnen SOBEK zijn geregeld. Bijvoorbeeld om in één keer van
basisgegevens uit o.a. legger te komen tot invoer van SOBEK.
5.2 Onverzadigde zone
SWAP
Het model SWAP behoeft geen verdere introductie. Sinds de jaren 90 is de
rekencapaciteit van computers sterk toegenomen. Het gebruik van SWAP op 2D schaal
in modellen komt daarmee binnen handbereik. Naast SWAP wordt momenteel door
Alterra gewerkt aan metaSWAP. Dat is een SWAP model waarvoor alle mogelijke
combinaties reeds zijn doorgerekend en resultaten uit een database worden opgehaald.
Dit product is nog in ontwikkeling en is nog niet beschikbaar.
FLUZO
De computercapaciteit in de jaren 90 was beperkt. De toepassing van modellen als
SWAP (of voorlopers zoals SWATRE) hadden een te hoge rekentijd om een 2D
berekening uit te voeren. Om die reden is medio jaren 90 door Royal HaskoningDHV in
samenwerking met de Universiteit Wageningen een rekenkern ontwikkeld voor de
stroming door de onverzadigde zone FLUZO. De benadering is eenvoudiger maar in de
meeste gevallen ruim voldoende. Er zijn minder invoer parameters nodig en de rekentijd
is veel korter. Er zijn testberekeningen uitgevoerd waarbij de resultaten zijn vergeleken
met o.a. SWAP en gaven zeer vergelijkbare resultaten.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 26 - November 2014
De modelcode wordt nog steeds verder ontwikkeld in samenwerking met de Universiteit
van Wageningen.
Meer informatie over de werking van FLUZO kan worden aangeleverd. Voor een korte
beschrijving word verwezen naar www.triwaco.com.
5.3 Neerslag-afvoer, ondiep grondwater
In vrijwel alle modellen, van oppervlaktewater (SOBEK-RR en DUFLOW-RAM),
onverzadigde zone (SWAP) tot grondwater (FLAIRS en MODFLOW), is het ondiepe
grondwater (drainage & infiltratie) belangrijk. De betreffende modellen zijn dan ook
allemaal in staat om dit op te lossen. Er is echter wel een belangrijk verschil. Met
uitzondering van de grondwatermodellen wordt de afvoer/aanvoer via het
drainagesysteem met een analytische vergelijking opgelost. Grondwatermodellen lossen
dit systeem numeriek op. Zowel FLAIRS als MODFLOW beschikken over geavanceerde
methodes om dit systeem te schematiseren. De numerieke methode is nauwkeuriger in
de ruimte. Als de snelle afvoer (dus korter dan 1 dag) van belang is de analytische
methode vaak beter. Binnen het modelinstrumentarium kan voor beide worden gekozen.
5.4 Diep grondwater
De modellering van het diepe grondwater vindt in Nederland plaats met de modellen
FLAIRS (TRIWACO), MODFLOW en MICROFEM. Deze laatste wordt echter nog weinig
gebruikt bij waterschappen. Er zijn verschillen en een hoop overeenkomsten tussen de
modellen. Het gaat te ver hierover al te diep in te gaan. Het belangrijkste verschil zit in
de oplossingstechniek eindige elementen (FLAIRS) versus eindige differentie
(MODFLOW).
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 27 - November 2014
MODFLOW
De laatste versie van MODFLOW is versie MODFLOW-2000/2005. De rekenkern is
ontwikkeld door de USGS (geologische dienst van Amerika). Het rekent erg snel maar is
vaak minder geschikt om dicht slootpatronen te schematiseren.
FLAIRS
Deze rekenkern is ontwikkeld door Royal HaskoningDHV. Vanwege de
oplossingstechniek rekent het langzamer dan MODFLOW maar is beter in staat om een
dicht slotenpatroon te schematiseren.
SEAWAT
De reden om het model SEAWAT te noemen is dat dit model rekening houdt met de
dichtheid van het grondwater en ook met de verandering ervan. De modelcode is een
gebaseerd op MODFLOW aangevuld met stoftransport en dichtheidsvergelijking. Dit
model alleen toe te passen als veranderingen over een langere periode van belang zijn
omdat de rekentijden erg lang zijn.
5.5 Zout
Een geïntegreerde modellering van zout in het hele watersysteem is nog niet
beschikbaar. Op dit ogenblik is de uitwerking altijd vraaggestuurd en hoort eigenlijk thuis
in het rijtje effectmodellen. Er spelen meestal twee vragen een belangrijke rol in de
polder. De eerste is mogelijke zoutbelasting in de wortelzone en de tweede is de
zoutbelasting in de sloten.
Zout in wortelzone
De eerste vraag kan worden opgelost door de bepaling van de neerslaglens op de
percelen. Dit is een rekenmethodiek die naar 2D is doorontwikkeld door Royal
HaskoningDHV. De tweede mogelijkheid is dit binnen SWAP op te lossen. De eerste
oplossing is een goede eerste benadering omdat vaak de zoute kwel beperkt is tot het
drainagesysteem en sloten. Is dit niet het geval kan een model als SWAP worden
ingezet. Een laatste mogelijkheid is gebruik te maken van een model als SPREAD (zie
paragraaf 5.4.1, effectmodellen).
Zoutbelasting in sloten
De simpelste benadering is uit te gaan van geen verandering van het zoutgehalte in de
ondergrond. De zoutbelasting in de sloten kan dan eenvoudig worden berekend door
waterbalanstechnieken in te zetten.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 28 - November 2014
6 KOPPELEN VAN MODELLEN
De open structuur maakt een geïntegreerde koppeling tussen modellen eenvoudig. Al
sinds medio jaren 90 zijn in diverse studies (o.a. waterschappen en provincies)
koppelingen tussen modellen gerealiseerd. Onderstaand schema geeft een overzicht
van modellen die in het verleden aan elkaar zijn gekoppeld.
Verder zijn er diverse manieren om modellen te koppelen. Van eenvoudig tot
geavanceerd. De eenvoudige koppeling is een koppeling op afstand ofwel offline.
Waarbij het modelresultaat van model 1 wordt gebruikt als invoer voor model 2.
Voordeel is dat de modellen los van elkaar kunnen worden gedraaid.
Een stap geavanceerder is om uitwisseling van data per tijdstap te laten plaatsvinden.
Zoals hieronder is weergegeven. Voordeel van deze methode is dat de rekentijd zo
groot is als de gekoppelde modellen afzonderlijk rekenen. Nadeel is dat er geen
terugkoppeling (iteratie) binnen de tijdstap plaatsvindt. Bij grote tijdstappen kan dit een
probleem geven.
Royal HaskoningDHV en WL Delft werken samen om de koppelingen efficiënter en
flexibeler te maken met behulp van OpenMI. De koppelingen betreffen SOBEK-CF,
SOBEK-RR, FLAIRS, FLUZO. OpenMI staat overigens voor Open Model Interface (zie
kader).
Oppervlakte-
water
Onverzadigde
zone
Ondiep
grondwater
Diep
grondwater
..SWAP
..SWAP
MODFLOW
SF/
TRIFLOW
TRI-FLUZO
TRI-FLAIRS
TRI-FLAIRS
DUFLOW-
KW
DUFLOW-
RAM
DUFLOW-
RAM
SOBEK-CF
SOBEK-RR
SOBEK-RRMODFLOW
SIMGRO
SIMGRO
SIMGRO
SIMGRO
Oppervlakte-
water
Onverzadigde
zone
Ondiep
grondwater
Diep
grondwater
..SWAP
..SWAP
MODFLOW
SF/
TRIFLOW
TRI-FLUZO
TRI-FLAIRS
TRI-FLAIRS
DUFLOW-
KW
DUFLOW-
RAM
DUFLOW-
RAM
SOBEK-CF
SOBEK-RR
SOBEK-RRMODFLOW
SIMGRO
SIMGRO
SIMGRO
SIMGRO
Model 1 Model 2Model 1 Model 2
Model 1
t=n
Model 2
t=n
Model 1
t=n+1
Model 2
t=n+2
Model 1
t=n+2
Model 2
t=n+2
Model 1
t=n
Model 2
t=n
Model 1
t=n+1
Model 2
t=n+2
Model 1
t=n+2
Model 2
t=n+2
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 29 - November 2014
In deze koppeling worden per tijdstap de resultaten van de onderlinge tijdstappen
uitgewisseld en vindt dus een iteratie plaats. Het verschil in tijdstapgrootte van de
afzonderlijke modellen is daardoor flexibel. Dit is de meest geavanceerde en best
haalbare koppelingsmethodiek. Een moeilijkheid dat nu is opgelost is dat de totale
waterbalans blijft kloppen.
De door ons en het WL ontwikkelde koppeling is niet afhankelijk van het gebruikte
rekengrid of de rekenkern en is daardoor zeer robuust en flexibel.
De voordelen zijn:
- Flexibel te kiezen tijdschalen voor berekening. Bijvoorbeeld kleine tijdstappen
snelle deel (Oppervlaktwater SOBEK-CF en onverzadigde zone/ondiep
grondwater SOBEK-RR) met langzame deel (grondwater FLAIRS of
MODFLOW)
- Een eenmaal gedefinieerde koppeling blijft intact ook als een rekennetwerk of
parameters worden aangepast.
- De modulaire opbouw van het modelinstrumentarium heeft als voordeel dat
modellen voor grondwater, onverzadigde zone en oppervlaktewater
onafhankelijk van elkaar kunnen worden opgezet. De modellen kunnen dan ook
onafhankelijk van elkaar worden doorgerekend.
Rekenschema voor geïntegreerde gekoppelde berekening SOBEK-CF, -RR en een
grondwatermodel. De berekening verloopt met een volledig gesloten waterbalans.
OpenMI staat voor “Open Modelling Interface and Environment” en is een Europese standaard voor het
koppelen van hydrologische modellen. OpenMI is ontwikkeld binnen het HarmonIT project, een
onderzoeksproject (gefinancierd door de Europese Commissie) ter ondersteuning van strategische planning
en het opstellen van stroomgebiedsbeheersplannen zoals vereist worden door de Kaderrichtlijn Water. Zie
www.openmi.org voor meer achtergrondinformatie.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 30 - November 2014
7 CALIBRATIE, GEVOELIGHEIDSANALYSE EN BETROUWBAARHEID
Binnen de modelomgeving is het eenvoudig om berekende met waargenomen
stijghoogten, waterstanden en fluxen te vergelijken. Dit werkt voor alle
rekenprogramma’s. Door een bestand aan te maken met meetgegevens worden deze
automatisch vergeleken met de modelresultaten. De afwijkingen van de berekende ten
opzichte van de gemeten waarden ruimtelijk (als kaartbeelden) en in de tijd (grafieken)
in beeld worden gebracht.
Calibratieresultaten zijn eenvoudig te visualiseren. Er zijn diverse manieren om de resultaten te visualiseren. Als kaarten of in grafieken.
In dit voorbeeld zijn de afwijkingen t.o.v. gemeten waarden geclassificeerd. Tevens weergegeven zijn de afwijkingen als waarden samen met het nummer van waarnemingsbuis.
En de waarden vergeleken met peilbuisgegevens uit DINO.
Hetzelfde is mogelijk voor andere modellen als SOBEK.
Een model op deze wijze kalibreren is een bewerkelijke en tijdrovende aangelegenheid
er zijn daarom een drietal modules beschikbaar waarmee een gevoeligheidsanalyse,
automatische parameteroptimalisatie en betrouwbaarheidsanalyse mogelijk is. Deze
modules, TRCALCON, MONTECARLO en PEST, gebruiken verschillende methoden
om tot de ‘optimale’ parameterwaarden te komen. En zijn toe te passen of toepasbaar te
maken voor ieder rekenprogramma binnen, maar ook buiten, het modelinstrumentarium.
7.1 TRCALCON
De module TRCALCON gaat voor de parameteroptimalisatie uit van de methode
Marquart-Levenberg waarbij parameterwaarden na elke berekening automatisch worden
aangepast op basis van een vergelijking van de modelresultaten met de opgegeven
meetwaarden. TRCALCON optimaliseert niet alleen parameterwaarden maar kan ook
de betrouwbaarheid van modelresultaten bepalen. De module vindt zijn toepassing bij
verschillende rekenkernen.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 31 - November 2014
7.2 MONTECARLO
Met MONTECARLO worden een groot aantal berekeningen uitgevoerd. De gebruiker
kan zelf aangeven welke parameters bij de optimalisatie betrokken moeten worden en
geeft hiervoor parameterverdelingen op. Op basis van de opgegeven
parameterverdeling wordt voor elke nieuwe berekening een set met nieuwe
parameterwaarden bepaald. De trekking van een waarde uit de parameterverdelingen
geschiedt daarbij met de Latin-Hypercubemethode. Na afloop van alle berekeningen
kan dan uit de resultaten die parametercombinatie worden geselecteerd die de
geringste afwijking vertoont tussen de modelresultaten en de meetgegevens.
7.3 PEST
De USGS (Amerikaanse Geologische dienst die ook MODFLOW ontwikkelen) kalibratie
en optimalisatieprogramma PEST is geschikt gemaakt voor SOBEK en maakt deel uit
van het modelinstrumentarium.
7.4 Representermethode
TNO-NITG werkt momenteel aan de implementatie van de representermethode in de
standaard MODFLOW versie 2000. Indien deze methode beschikbaar komt om te
gebruiken door derden zal deze t.z.t. worden geïmplementeerd.
Contour met schaduw
Inspector
Stroombanen indwarsdoorsnede
Tijdserie grafieken
Contour met schaduw
Inspector
Stroombanen indwarsdoorsnede
Tijdserie grafieken
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 32 - November 2014
8 EFFECTMODELLEN
8.1 Kwaliteitsmodellen
Wat geldt voor het gebruik voor modellen in het algemeen geldt voor kwaliteitsmodellen
in het bijzonder. Maak gebruik van geteste en gevalideerde modelcodes.
Kwaliteitsmodelleringen zijn namelijk zeer complex.
8.1.1 Oppervlaktewater
Voor het oppervlaktewater wordt aangeraden direct gebruik te maken van de
mogelijkheden van bestaande modellen te koppelen aan SOBEK (o.a.
kwaliteitsmodule).
8.1.2 Ondiep grondwater
Voor de uitspoeling van nutrienten is door Royal HaskoningDHV een generieke
methodiek ontwikkeld om chemische kwaliteit van het ondiepe grondwater te
berekenen. Het is een module waarbij verschillende bestaande modellen afzonderlijk
dan wel in combinatie met elkaar worden aangestuurd. De module heet MD-SAT en kan
relatief eenvoudig aan het modelinstrumentarium worden toegevoegd.
De module integreert ruimtelijke ontwikkelingen met kennis van de bodem. Hierdoor
worden de effecten van veranderend ruimtegebruik op de bodem en de
grondwaterkwaliteit inzichtelijk. Het instrument kan dan ook goed worden ingezet om te
bepalen welke maatregelen effectief zijn om de kwaliteit van het grondwater te
verbeteren.
Onderstaande tabel geeft een overzicht van de huidige ondersteunde modellen. Het is
ook mogelijk om het programma ANIMO te integreren. In de meeste gevallen is een
programma als SPREAD voldoende.
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 33 - November 2014
8.1.3 Diep grondwater
Voor het diepe grondwater zijn diverse stoftransportmodellen beschikbaar. Aangeraden
wordt hierop aan te sluiten. Goede voorbeelden zijn de transportmodellen uit de
MODFLOW familie (MT3D, RT3D en PHT3D). daarnaast beschikken we over diverse
modules voor de berekening van stoftransport, o.a. op basis van stroombanen.
8.2 Landbouwschade
De meest toegepaste methode om landbouwschade te bepalen is met BODEP dat werkt
op basis van HELP-tabellen. Het programma maakt onder andere onderdeel uit van het
Waternoodinstrument. Binnen onze huidige modelomgeving kunnen we op basis van de
modelresultaten BODEP gebruiken voor de berekening van landbouwschade. Het is dus
ook mogelijk om BODEP op te nemen in het modelinstrumentarium.
8.3 Ecologie
Er zijn een aantal ecologische effectvoorspellingsmodellen beschikbaar. Veel gebruikt
zijn NATLES (Alterra), DURAVEG (Royal HaskoningDHV) en modellen van KIWA. Ieder
van deze modellen heeft zo zijn voor en nadelen. Beide modellen kunnen relatief
eenvoudig als effectmodel worden opgenomen in het modelinstrumentarium.
De modellen zijn bedoeld voor terrestrische natuur. Aquatische modellen zijn allen nog
in ontwikkeling (inmiddels is een module opgenomen in Waternood).
8.4 WaterNOOD
Het modelinstrumentarium beschikt over tools om op basis van modeluitvoer direct
invoer voor het Waternood instrument te genereren (bijvoorbeeld GHG, GLG, GVG en
kwel).
Geïntegreerde Modelomgeving Waterbeheer Softwarepakket Triwaco
Rapport - 34 - November 2014
9 ONDERSTEUNING
9.1 Handleiding
Voor het modelinstrumentarium zal een uitgebreide handleiding worden gemaakt. De
handleiding is gelaagd qua opzet. Dus een eenvoudige en heldere uitleg hoe een model
opgezet en gerund moet worden. Dan volgt steeds een verdiepingslag met de
mathematische achtergrond van de rekenkernen (Technical Reference Manual).
Ook zal een sectie worden opgenomen waarin wordt uitgelegd hoe de gebruiker zelf het
modelinstrumentarium kan uitbreiden. Dus nieuwe datasets kan definiëren, modellen
kan toevoegen, etc. Dit maakt het dus mogelijk om zelf een derde partij aanvullende
functionaliteit te laten toe voegen.
9.2 Help-desk
Er is een uitstekende helpdesk beschikbaar. De helpdesk functie is er voor het
beantwoorden van diverse vragen van eenvoudige vragen van hoe definieer ik een
parameter tot “hij doet het niet”. Dit laatste type vraag is soms moeilijk te beantwoorden.
We vragen dan ook vaak om het hele model of een deel ervan op te sturen. De
oplossing is dan meestal snel gevonden.
Een hele andere categorie vragen betreft vragen over de modelschematisatie. Vragen
als ik wil deze situatie modelleren hoe pak ik dat aan? Ook hier zijn we bereid mee te
denken over de aanpak.
9.3 Training
Voor de toepassing en gebruik van het modelinstrumentarium worden regelmatig
cursussen gegeven in binnen en buitenland. Elke cursus is uniek en wordt daarom
aangepast aan de wensen, kennis en ervaring van de cursist(en).
Een goede manier voor opleiding is on-the-job training. Dus begeleiding te verlenen
door ervaren modelleurs bij het opzetten van de modellen. Voordeel is dat we over ruim
40 hydrologen beschikken met modelleerervaring waarvan een groot aantal ruime
ervaring hebben op het gebied van watergebiedsplannen, GGOR etc. Een dergelijke
aanpak is ook toegepast bij waterschap Fryslan. Daar zijn samen met de hydrologen
van het waterschap modellen opgezet en is de ondersteuning middels een detachering
ingevuld.
=o=o=o=